阐明D-吡喃葡萄糖和酵母蛋白如何调控小麦淀粉凝胶：关于其形成规律、多尺度结构及加工适用性的机制研究

《Food Hydrocolloids》：Elucidating how D-psicose and yeast protein modulate wheat starch gel: Mechanistic insights into formation rule, multi-scale architecture, and processing suitability

　　

魏亮|黄旭辉|马拉特·穆拉尔汗|朱天|魏一坤|李书耀|温成荣|秦磊

中国辽宁省大连市116034，大连工业大学，食品科学与技术学院，海洋食品加工与安全控制国家重点实验室，海鲜国家工程研究中心

摘要

了解替代甜味剂和蛋白质如何调控淀粉糊化对于开发低糖及功能性食品体系至关重要。然而，D-阿洛酮糖和酵母蛋白对小麦淀粉凝胶的糊化行为及多尺度结构的影响仍不明确。本研究系统研究了含有不同添加量（1%、3%和6%）的D-阿洛酮糖和酵母蛋白的小麦淀粉二元及三元凝胶体系。结果表明，添加D-阿洛酮糖和酵母蛋白会显著改变凝胶的糊化行为，使粘度参数降低，糊化温度升高。扫描电镜和透射电镜观察显示，含D-阿洛酮糖和酵母蛋白的体系形成了更为均匀且致密的网状结构，而过量添加则会导致结构崩塌和异质性增加。同时，这些添加物提升了体系的短程分子有序性，降低了相对结晶度，并增加了体系的ΔH值。此外，复合凝胶的水分流动性降低，水分分布更加均匀。适量添加D-阿洛酮糖和酵母蛋白可保持相对稳定的粘弹性和应力松弛行为，同时降低RDS值，提高SDS和RS含量。这些发现为开发低糖、功能性淀粉基凝胶食品提供了新思路。

引言

由于在决定食品的质地、稳定性和保水性能方面起着关键作用，淀粉基凝胶被广泛用于各类食品中（Gong等人，2024）。随着人们对更健康饮食的需求增加，尤其是对低糖及具有特定功能性的食品的需求上升，人们越来越关注如何调节淀粉凝胶的结构和理化性质（Deliza等人，2021）。淀粉的糊化及其后续凝胶形成涉及复杂的工艺过程，包括淀粉颗粒膨胀、直链淀粉渗出以及网络构建，而这些过程对环境条件及外部成分的存在极为敏感（Yan等人，2024）。因此，如何有效调控淀粉凝胶体系已成为食品科学领域的重要研究课题。

先前的研究表明，各种添加剂（如多糖、蛋白质和膳食纤维）可以通过改变水的可用性或诱导网络结构变化来影响淀粉的糊化行为和凝胶特性（Zhou等人，2022；Wang等人，2025；Luo等人，2025）。然而，大多数现有研究主要聚焦于单组分体系或特定的结构层面，未能全面理解多种添加剂如何在不同尺度上协同调控淀粉体系（Wang等人，2024a；Min等人，2025；Chen等人，2025）。尤其的是，替代甜味剂和蛋白质对淀粉凝胶的糊化行为、多尺度结构及功能特性的共同调控机制仍不甚清楚。因此，从多尺度角度阐明多种成分对淀粉凝胶体系的协同作用仍是一项重要挑战。

D-阿洛酮糖是一种酮己糖，也是D-果糖的C3差向异构体，天然存在量极低，因此被归类为“稀有糖”（Tao等人，2025）。虽然从化学结构上看它属于单糖，但与其他常见单糖（如葡萄糖和果糖）不同，人体几乎无法代谢D-阿洛酮糖，因此它不会带来热量，也不会对血糖水平产生明显影响（Zhao等人，2025）。重要的是，由于现在可以大规模生产，D-阿洛酮糖已具有工业应用价值，被广泛用作糖的替代品。因此，它作为一种有潜力的替代甜味剂，在食品领域受到了广泛关注（Zhu等人，2026）。其分子表面丰富的羟基以及与淀粉分子形成氢键的能力，可能影响淀粉的糊化行为，进而改变凝胶的结构、性质和功能（Li等人，2024；Bugday等人，2025）。不过，目前还没有研究系统探讨过D-阿洛酮糖在与淀粉共同糊化过程中的作用，尤其是在水分竞争、热性质改变、抑制淀粉链重新结合以及可能重塑淀粉凝胶结构的氢键相互作用方面的作用。

酵母蛋白是一种源自微生物的蛋白质，近年来备受关注。它在营养价值上可与乳清蛋白相媲美，而在乳化、保水及凝胶形成等功能特性方面则优于大多数动物源和植物源蛋白质（Jach等人，2022）。再加上其可持续性和环保性，酵母蛋白有望在未来成为重要的蛋白质基食品原料（Luo等人，2025）。尽管酵母蛋白在食品领域展现出良好的功能潜力，但其与淀粉相互作用的分子机制，以及这些相互作用如何影响凝胶网络的形成和质量，目前仍不十分清楚（Zhao等人，2024a）。此外，作为低分子量糖类的D-阿洛酮糖的存在进一步增加了体系的复杂性，这可能是由于D-阿洛酮糖与酵母蛋白之间的氢键作用和疏水效应共同影响了酵母蛋白的构象稳定性及其与淀粉的结合亲和力（Mondal等人，2024）。因此，淀粉、酵母蛋白和D-阿洛酮糖之间的三元相互作用，以及它们对凝胶结构的潜在协同效应，值得进一步研究。

基于此，本研究假设D-阿洛酮糖和酵母蛋白可能通过竞争水分分子和氢键结合位点来调控淀粉的糊化行为和水分分布特性，从而改变凝胶的理化性质和功能特性。为了验证这一假设，本研究以淀粉凝胶和淀粉-蛋白质凝胶为模型体系，系统研究了不同比例的D-阿洛酮糖（1%、3%和6%）对复合凝胶的糊化行为、多尺度结构、水分分布、流变学性质、质地特性以及消化率的影响。本研究旨在阐明其中的调控机制和结构-功能关系，为开发低糖、高质量且具有功能性 的淀粉基凝胶食品提供新的理论依据。

章节节选

材料

小麦淀粉（含水量为10.5%，直链淀粉含量为24.1%）购自中国上海的Aladdin Reagent Co., Ltd.。D-阿洛酮糖（CAS编号：551-68-8，纯度为95%，分子量为180.16）购自中国上海的Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.。酵母蛋白则提取自商业食品级酵母蛋白粉（Yikena Yeast Protein Powder，由中国济南的Yien Food Co., Ltd.生产），该蛋白粉来源于酿酒酵母，是通过标准化方法制备的

凝胶形成与糊化特性

淀粉的糊化特性是决定淀粉基凝胶形成及其结构特征的关键因素。峰值粘度、谷值粘度、破裂值、最终粘度、回生值、峰值时间以及糊化温度等参数，共同反映了淀粉颗粒的膨胀情况、分子链的解离程度、加热过程中的剪切稳定性以及冷却过程中的重新结合行为（Zhao等人，2025b）。在本研究中，

结论

本研究系统研究了D-阿洛酮糖和酵母蛋白对小麦淀粉凝胶结构与性质的影响。结果表明，添加D-阿洛酮糖和酵母蛋白会改变小麦淀粉凝胶的糊化行为，表现为峰值粘度、谷值粘度、最终粘度和破裂值下降，同时热稳定性参数也发生了变化。扫描电镜和透射电镜观察显示，适量添加D-阿洛酮糖有助于形成更为均匀且致密的凝胶网络，而过量添加则会

作者贡献说明

黄旭辉：写作——审阅与编辑。马拉特·穆拉尔汗：写作——审阅与编辑。朱天：数据整理。魏一坤：软件应用。李书耀：软件应用。温成荣：数据整理，概念设计。秦磊：写作——审阅与编辑，验证，监督，资源协调，项目管理，资金筹集，概念设计。魏亮：写作——审阅与编辑，初稿撰写，验证，监督，软件应用，资源协调，方法设计，实验研究，正式分析，数据

未引用参考文献

Allan and Mauer, 2022; Li et al., 2024; Luo et al., 2025; Wang et al., 2025; Wang et al., 2024a.

利益冲突声明

作者声明在本研究中不存在任何财务或其他利益冲突，本研究的数据也尚未在其他地方发表。

致谢

本研究得到了辽宁省科技计划项目（编号：2023JH1/11200001）、大连星海湾实验室计划（编号：Djswgj202401）以及大连工业大学科研启动基金（编号：7261041038）的支持。